Прорыв в области альтернативного топлива

Учёным Калифорнийского университета (UCLA) удалось модифицировать бактерии для производства оптимального топлива на базе спирта.

Семья спиртов начинается с метанола или древесного спирта, встречающегося в жидкости для очистки стекла, продолжается этанолом в алкогольных изделиях и добавок к автомобильному горючему, пропанолом в спирте для растирания мышц и менее известном бутанолом. Молекулы этих спиртов соответственно содержат 1-4 атома углерода (C). Алкоголи являются горючими жидкостями и могут быть использованы как в камерах внутреннего сгорания, так и в топливных элементах. Их сравнительно легко произвести. Самым простым является производство метанола.

Самую короткую молекулу имеет метанол. До бутанола молекула становится длиннее и может приобретать разные формы и химические свойства.
В виде топлива, как портативных горючих жидкостей спирты доступны от дешёвого метанола, до более проблематичного бутанола. Бутанол также может быть сформирован молекулами, не являющимися идеальными в топливных целях. Дел в том, что топливные свойства зависят от расположения атомов в молекуле.

В природе существуют спирты, содержащие до 30 атомов углерода в одной молекуле. Они найдены на листьях растений, восковой поверхности фруктов и в большом количестве других биологических источников. При такой насыщенности углеродом, у молекул больше не существует определённой формы. Начиная с 5 атомов углерода спирты начинают терять жидкостные свойства.

В настоящее время топливо, базирующееся на нефти похожи на спирты. Один атом углерода соответствует "метану" (природный газ), "этан" (так же содержащийся в природном газе и используется для химпроизводства), "пропан" - топливо, которое сжимают для транспортировки, "бутан" - используемый в зажигалках. Начиная с 5 атомов углерода мы попадаем в зону гидрокарбонатов - бензинов, которая продолжается до 10 атомов углерода. Это зона топлива, используемого при нормальном давлении воздуха. Далее следует реактивное топливо, молекулы которого содержат от 5 до целых 16 атомов углерода и дизельное топливо, от 10 до 15 атомов углерода. Таким образом "длинными цепочками" считаются молекулы содержащие более 5 атомов углерода.

До прошлого месяца не существовало возможности синтеза "длинноцепного" алкоголя. производство жидких спиртов остановилось на 4-х атомах углерода и естественные "длинноцепные" спирты имели консистенцию похожую на воск. Как мы знаем, гидрокарбонатный рынок является огромный и таким же мог бы стать рынок синтезированного алкоголя до 16 атомов углерода на молекулу. Но такие спирты должны быть жидкими, чтобы отвечать требованиям рынка.

На сегодняшний момент существует достаточно нефтяных и био-нефтяных источников для заполнения рынка C5-и более углеродного топлива. Добавление длинноцепного алкоголя позволило бы заменить большую часть рынка из альтернативных источников. Этот факт подчёркивает важность новости, проскочившей незадолго до Рождества. Команде учёных удалось преодолеть барьер природы и заставить генетически изменённую бактерию Escherichia coli производить необычно длинную цепь алкоголя.

Новый белок и метаболический технический метод, разработанный Liao и его командой был опубликован 30 декабря в "Proceedings of the National Academy of Sciences" Публикация доступна в онлайн варианте. Профессор UCLA Химической и Биомолекулярной Разработки сказал, "Ранее, мы были в состоянии синтезировать длинную цепь спиртов содержащий пять атомов углерода". "Мы остановилисъ на 5-и атомах, потому что именно этот результат мог быть достигнут естественным путём. Более длинноцепный Алкоголь никогда не синтезировался. Теперь мы нашли способ модификации белков для целой новой семьи бактерии E. coli и можем производить алкоголь с 8-ю атомами углерода"

Это настоящий прорыв!

"Это исследование является существенным по двум причинам," сказал Liao, ведущий автор исследования. “С научной точки зрения мы хотели показать, что можем расширить способность природы в создании молекул алкоголя. Мы показали, что мы не ограничены тем, что создает природа. С точки зрения энергии мы хотели создать, молекулы более длинной цепи, потому что они содержат больше энергии. Это является существенным в производстве бензина и даже реактивного топлива.”

Вспоминая интерес к био-бутанолу, который очень близок по плотности энергии к бензину, но имеет преимущества в октане и других свойствах, можно предположить, что дальнейшие исследования позволят сделать C8 алкоголь отличным дополнением к обычному и дизельному топливу. Существующее всего один месяц, эти топлива нуждаются в экспертизе и тестировании. Затем мы узнаем об их полном потенциале.

Это - прорыв! Нефтяные источники, био нефтяные источники, и синтезируемые источники алкоголя - три будущих альтернативы для всех основных типов топлива используемых на данный момент. Впереди все еще лежит длинный путь. Одной большой проблемой является токсичность алкоголя длинной цепи к самим бактериям. Liao не думает, что токсичность окажется непреодолимым барьером. Он говорит, что бактерии могли быть спроектированы так, что станут терпимее к большим количествам алкоголя. Но, он говорит, увеличение продуктивности окажется в руках компании, которая лицензирует новую технологию.